γ
Biotechnologia
Interdyscyplinarna dziedzina nauki polegająca na wykorzystaniu materiałów i procesów biologicznych.
Biotechnologia tradycyjna
Wykorzystuje do produkcji przemysłowej mikroorganizmy, komórki roślin i zwierząt bez zmian w aparacie genetycznym.
Biotechnologia nowoczesna
Stosuje metody inżynierii genetycznej w celu dostosowania drobnoustrojów lub komórek roślin i zwierząt do potrzeb produkcyjnych.
Inżynieria genetyczna
Manipulacje genetyczne polegające na wprowadzeniu do komórek określonego odcinku DNA, z reguły obcego organizmu.
Enzymy restrykcyjne (restryktazy)
Specjalne nukleazy (enzymy niszczące cząsteczki kwasów nukleinowych), które walczą w komórkach bakterii z DNA bakteriofagów.
Działają zawsze w tym samym miejscu
Tępe i lepkie końce
Działają in vitro [poza komórką]
Precyzyjnie rozpoznają sekwencje w każdym DNA
Działają powtarzalnie
Przebieg modyfikacji
Znalezienie i wyizolowanie dobrego genu dawcy
DNA dawcy jest cięte za pomocą restryktaz
Wycinanie następuje w sekwencjach palindromowych, np 3' GAATTC 5'
5' CTTAAG 3'
Elektrofereza - rozdział białek, DNA, RNA lub innych cząsteczek za pomocą pola elektrycznego.
Przeprowadzana na płytce żelowej w naczyniu elektroforetycznym z odpowiednim buforem.
Dodanie barwnika, który pod wpływem promieni UV świeci, i ukazuje porozdzielane cząsteczki DNA.
Przeniesienie cząsteczek DNA za pomocą wektorów
Wektorami mogą być plamidy (koliste cząsteczki DNA bakterii), wirusy (szczególnie fagi, których DNA integruje się z genomem gospodarza)
Wprowadzenie DNA do komórek eukariotycznych - transfekcja
Może wymagać trawienia ściany komórkowej u drożdży lub roślin.
Adsorpcja DNA na powierzchni komórek zwierzęcych
Szok elektryczny (czasowe pory)
Iniekcja
Wstrzeliwanie stałych cząsteczek (np liposomów)
Ekspresja genu
Jest możliwa jeśli zostanie on umieszczony w odpowiednim położeniu do promotorów.
Geny markerowe
Np. geny odporności na określony antybiotyk. Stosowane w celu sprawdzenia skuteczności modyfikacji.
Rodzaje modyfikacji
In vivo - wprowadzenie genu (np. z wektorem) do całego organizmu
Ex vivo - wyodrębnienie określonych komórek z organizmu, modyfikacja, po czym in vivo.
In vitro - modyfikacja poza organizmem.
Schemat klonowania DNA in vitro - zabieg PCR (łańcuchowa reakcja polimerazy)
Denaturacja DNA (90°C)
Dołączenie startera (schłodzenie)
Dodanie polimerazy DNA, replikowanie brakujących nici (72°C)
Zastosowania inżynierii genetycznej
Biblioteki genowe
Zrekombinowane białka możliwe do wykorzystania (np. insulina)
DNA → mRNA → cDNA
Odwrotna transkrypcja ← retrowirusy
Organizmy transgeniczne
GMO
Organizmy wyższe, którym wprowadzono nowy obcy gen, przekazywany następnym pokoleniom.
Rośliny transgeniczne
Np. tytoń z genem odporności na herbicydy, pomidor z genem inaktywującym enzym związany z dojrzewaniem.
Zwierzęta transgeniczne
Udane organizmy transgeniczne produkujące mleko ze zmodyfikowanymi białkami lub organami do przeszczepów.
Transplantacje
Antygeny HLA na powierzchni tkanek, kodowane są przez geny zlokalizowane w krótkim ramieniu chromosomu 6. Odcinek o długości 6 mln zasad zawiera ok. 70 genów, których produkty są związane z odrzucaniem przeszczepów po transplantacji.
Dawca
Sprawdzane jest 6 głównych alleli HLA (2 osoby na 20 tys niespokrewnionych mają taki układ genów). Konieczne są 4 identyczne allele.
Dodatkowo stosuje się leki immunosupresyjne, ograniczające odrzucenie narządu po transplantacji.
Organy zwierzęce, przeznaczone do przeszczepu dla człowieka, poddaje się modyfikacji genetycznej.
Rodzaje transplantacji
Allotransplantacja - transplantacja organu pochodzącego od innego przedstawiciela tego samego gatunku
Ksenotransplantacja - transplantacja organu pochodzącego od przedstawiciela innego gatunku
Diagnostyka prenatalna
Amniocenteza (amniopunkcja)
Zabieg pobrania płynu owodniowego z pęcherza owodniowego. W płynie znajdują się żywe komórki złuszczone z ciała rozwijającego się płodu. Można ją wykonać od 15. tygodnia ciąży.
Biopsja kosmówki
Pobranie komórek najbardziej zewnętrznej błony płodowej. Można ją wykonać już w 9. tygodniu ciąży.
Pobranie krwi płodowej
Krew pobiera się ze sznura pępowinowego. Zabieg ten bezpiecznie wykonac można dopiero po 17. tygodniu ciąży.
Ultrasonografia
Pomocna w badaniach prawidłowości rozwoju morfologicznego płodu. Jest praktycznie nieinwazyjna.
Terapia genowa
Leczenie schorzeń na poziomie molekularnym.
W postaci cDNA lub oligonukleotydów
Gametyczna (germinalna) - terapia komórek rozrodczych
Somatyczna - terapia komórek organizmu
Rodzaje terapii genowej
Komplementacja defektu
Do komórek z defektem genetycznym wprowadzana jest prawidłowa kopia genu
Korekta mutacji
Naprawa defektu genetycznego
Zahamowanie ekspresji zmutowanego genu
Inaktywacja genów
Eliminacja komórek
Śmierć nieprawidłowych komórek
Nadanie komórkom nowych cech fenotypowych
Naczynia krwionośne
Klonowanie terapeutyczne
Do leczenia można wykorzystać komórki macierzyste organizmu
Potencjalnie nieograniczona liczba podziałów
Różnicowanie się do innych typów komórek:
Embrionalne komórki macierzyste
Totipotencjalne
Kilka komórek pobranych z embrionu
Różnicują się do każdego typu komórek
Pluripotencjalne
Komórki pobrane z węzła zarodkowego
Różnicują się do każdego typu komórek poza komórkami łożyska
Somatyczne
Multipotencjalne
O podobnych właściwościach i pochodzeniu embrionalnym
Unipotencjalne
Prekursorowe, tworzą jeden typ komórek.
W tkankach dorosłych organizmów
Zastosowanie genetyki
Domestyfikacja (udomowienie) dzikich zwierząt, które byłyby hodowane w określonych celach
Rasy pierwotne
Odmiany pierwotne
Zmiany warunków środowiskowych
Modyfikacja, kształtowanie w odpowiedni sposób środowiska
Czynniki:
Troficzne (odżywcze)
Klimatyczno-glebowe
Pielęgnacyjno-hodowlane
Selekcja sztuczna
Zmiana struktury populacji w kierunku wybranym przez hodowcę
Wybór osobników o odpowiednich cechach użytkowych
Eliminacja zwierząt o niepożądanych cechach
Wzrost częstości pożądanych genotypów
Krzyżowanie
Dobór par do kojarzenia
Kojarzenie krewniacze (chów wsobny/IMBRED)
Zmniejszenie zmienności - konsolidacja stada
Linie genetyczne jednorodne = wsobne
Depresja imbredowa
Kojarzenia niekrewniacze = wolne
Uszlachetniające
Wypierające
Użytkowe (wybujałość mieszańców = heterozja)
Wsteczne
Rasotwórcze/odmianotwórcze
Międzygatunkowe
Klacz konia + ogier osła = muł
Oślica + ogier konia = osłomuł (oślik)
Samica bydła domowego + byk (żubr) = żubroń
Mutacje
Genomu (polipoidyzacja)
Antopoliploidy
Allopoliploidy
Punktowe
Spontaniczne
Indukowane
Transformacje Nowotworowe
Rozchwianie systemu kontroli ekspresji genów
Przyczyny
Mutacje (zwykle wiele - kilka zmian zwanych uderzeniami genetycznymi)
Wnikanie wirusów integrujących się z genomem człowieka
Cechy komórek nowotworowych
Nadmierna, niekontrolowana zdolność do poliferacji
Tworzenie nienormalnych odmian komórek
Zezłośliwienie komórek - niszczą komórki sąsiednie lub powodują ich transformację
Zdolność tworzenia przerzutów do tkanek odległych w stosunku do ogniska pierwotnego
Zdolność do powodowania angiogenezy (przerastania naczyniami krwionośnymi)
Proces nowotworowy
Inicjacja (pod koniec nadmierny rozrost zmienionej tkanki)
Stan utajony
Promocja (wykrycie - sukces!)
Progresja
Przerzuty
Geny - Onkogeny
Protoonkogeny (np. Ras)
Stymulują wzrost i poliferację komórek
Przekształcenie w onkogen
„nieodwracalnie wciśnięty pedał gazu”
Antyonkogeny (np. p53)
Hamują wzrost i poliferację komórek
Przekształcenie w onkogen
„brak hamulców”
Zapobieganie Nowotworom
Nie palić i nie używać tytoniu
Unikać długotrwałej ekspozycji na promienie słoneczne, stosować filtry przeciwsłoneczne lub preparaty ochronne
Promieniowanie słoneczne jest sprawcą niemal wszystkich spośród 400.000 przypadków nowotworów skóry rejestrowanych przeciętnie w ciągu roku
Dieta - włókno roślinne, ograniczyć nadmiar tłuszczu i produktów wędzonych, konserwowanych solą i traktowanych azotynami.
Transpozony
Sekwencje DNA, która mogą przemieszczać się na inną pozycje w genomie tej samej komórki w wyniku procesu zwanego transpozycją. Transpozycja często powoduje mutacje i może zmieniać ilość DNA w genomie.
Transpozony są także nazywane "wędrującymi genami" lub "skaczącymi genami" oraz "mobilnymi elementami genetycznymi".
Za badania nad transpozonami u kukurydzy powodującymi zmiany ubarwienia nasion Barbara McClintock otrzymała Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny w roku 1983.